Оптико-электронный анализатор спектра Советский патент 1979 года по МПК G01R23/00 G06G9/00 

-1 - .

Изобретение относится к области статистических измерений случайных проессов и может найти широкое применение во многих областях, народного хозяйства.

Оптико-электронный анализатор спектра предназначен для анализа частотных войств случайного процесса и характеризует- интенсивность различных частотных составляющих или среднюю мощность, приходящихся на единицу полосы частот.

Известен оптико-электронный спектральный .анализатор i , недостатком кот орого является невысокая рйзрешаю щая способность по частоте.

Прототипом устройства следует счиать оптико-электронный коррелятор 21, содержащий источник постоянного напр жения, секционированную линию задерж- кИ, вход которой является входом анализатора, а выходы соединены с соответствующими преобразователями электрического сигнала в световой поток, выходы

которых оптически связ;ань1 с соответст вующими световодами первой группы, вторую группу световодов, оптически соединенную через Коллиматор с амплитудным модулятором света, матрицу фотоприемников, овыходы которых соединены с соответствующими входами блока интеграторов, зеркало, размещенное на пути отдельного оптического луча перед . матрицей фотоприеМ1яиков, оптическ.и связанное со входом дополнительного ф1 топриемника, выход которого подключен к первому входу усияитепя, выход которого подключен к электрическому входу амплитудного Модулятора.Целью изобретения является повышение быстродействия оптико-электронного анализатора спектра.

Поставленная цель достигается введенаем обратного коллиматора, размещенного между амплитудным модулятором света и матрицей фотоприемников, дополнительного преобразователя электрического сигнала в световой поток, прдклюинного к выходу источника постоянного напряжения, установленного перед коллкгMiatopoM, и матричного транспаранта трочные, ячейки которого размещены апротив оптических выходов световодов ервой группы а ячейки столбцов - нарбтив оптических входов световодов второй группы, при этом второй вход усилителя соединен со входом анализатора.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приняты следузощие обозначения: входная клемма 1, секционированная линия 2 задержки, преобразоватеди электрического сигнала в световой поток 3, первая группа световодов 4, матричный транспарант 5, 1зтЬрая группа световодов 6, первый коллиматор 7, дополнительный преобразователь электрического сигнала в световой поток 8, клемма источника 9 постоянного напряжения, амплитудный модулятор света 16,обратньШ коллиматор il, ячей- : и матрицы фотоприемников 12, интегрирующий блок 13, выходные клеммы 14, зеркало 15, фотоприёмник 16 обратной связи, усилитель рассогласования 17« : Входна клемма 1 соединена с последовательно соёдиненнймй элементами секционированной линии задержки 2, выход каждого из которых подключен также к соответствующему прео разрвате лю 3 электрического сигнала в световой поток. Излучаемые преобразователями 3 световые потоки через первую группу световодов 4 построчно поступают на маТ|)Ичный транспарант 5, На выходе транспаранта 5 относительно его столбцов установлена вторая группа светов1 T{ м

x(t)x(t-mu-t cos 235., ю

АИ S X(tl

SCnubtsj i Imr-t -. постоянный коэффициент где A стационарные случайные X(-t)i , f процессы; tn АЛ - Заданное числ.о врёмеиных интервалов в течение времени исследования процесса; И т N - заданное число дискрет ных значений спектральных составляющих процесса; At; - относительная величина времени задержки; Д «U - щаг дискретизации диапазона частот Si входного стационарного случайного процессаХ{ t ).

дов 6, Световые ПОТОКИ, прошедшие вторую группу световодов 6, поступают через первый коллиматор 7, на который падает световой поток с дополнительного преобразователя электрического сиг нала в световой поток 8, соединенного с клеммой источника 9 пос.тояннрго напряжения, на вход амплитудного модулятора света 10, выходной световой поток которого проходит на обратный коллиматор 11, служащий для расщепления единого пучка света на счетное множество пучков света в той пространств венной геометрии, в которой находятся пучки.света, падающие на вход первого коллиматора 1, Счетное множество расщепленных пучков света с выхода обратного коллиматора 11 (за исключением

светового потока, излучаемого преобра-, зователем 8) падает на соответствуюгйие ячейки матрицы фотоприемников 12 . каждый электрический выход которых соединение , Соответствующим входом интегрирующего блока 13, выходы котор го подключенык выходным клеммам 14. Световой поток, излучаемый преобраз{ вателем 8, поступает посредством зеркала 15 на вход фотоприёмаика 16 обратной связи, электрический выход которого соедйнен с первым входом усилителя рассогласования 17, второй вход которого подключен к входной клемме 1, а выход соединен с электрическим входом амплитудног.о модулятора света 10.

Устройство работает следующим образом... . .

Спектральная плотность стационарного случайного процесса определяется по формуле :..

iS.1

dt, N j Стационарный случайнь1й процесс )ч( -Ь) подается На клемму 1. На выходах элементов линии задержки, число которых равно. 14, возникнут задержанные относительно времени на величину А,Т впектрические напряжения, которые впоследствии преобразуются преобразователями 3 в соответствующие световые потоки, направляемые посредством световодов 4 на транспарант 5. Транспарант S представляет собой двумерную m , и 1 фотопленку, имею:щую In 1- М и И 1-т f4 разбиений i вдоль осей, причем каждая ячейка фото v

пленки обладает определеннымкоэффицие том светопропускания, соответствующим, численному значению, определяемому по

выражению (1).

. Распределение световодов 4 в плооKOCTufm , П J транспаранта 5 осуществп5 ется таким образом, чтобы световод.4, по которому пеступает информация от первичниго преобразователя 3, облучая всю первую строку транспаранта 5. Аналогично размещаются остальные строки транспаранта 5,.

Прошедшие построчно транспарант 5 информационные световые потоки

fmnVn - :

где

коэффициенты светопропускания ячеек транспаранта 5, поступают на вторую группу световодов б, кагкдый из которых строго установлен относительно столбцов И транспаранта 5.

Световые потоки, прошедшие вторую группу световойов 6 совместно с светог вым потоком HO (t ), излучаемым ио-. точником света 8, падают на кшшимаг тор 7, который сжимает пространствей-; но распределенные световые потоки в единый поток, проходящий через последовательно установленшзю вдоль оптичео-.. кой оси амплитудный модулятор света 10% коллиматор 11. Коллиматор 11 служит-Для расщепления единого пучка света с такой же пространственно-геометрической конфигурацией пучков Све-. та, в какой находились они в плоскости в.хода коллиматора 7. Пространственно распределенные световые потоки с вььхода колаиматора света 11, падая на . Соответствующие ячейки фотоприемной . матрикь 12, преобразуются в эде стрйчёские сигналы.

)5(и.,„р) tt-WAT СЭ)

гд -.коэффициент преобразования; S(Uynp)- управляющий сигнал воздействующий на амплитудный модулятор света

iO-..; . Световой поток Нд (-Ь ), отражаясь

от зеркала 15 после преобразования фотоприемником 16 в апектрический сигнал S/olt) , подается на первый вход усилителя рассогласования 17. Второй вход усилителя рассогласования 17 сое дивен с входной клеммой, к которой подаётся входной стационарный случайный; процесс.

Под воздействием этих двух сигналов усилитель рассогласования 17 вырабатывает сигнал управления

S(U,,p)--V(i)/Vo(t),(4)

KOTOpbift, действуя на амплитудный модулятор света 10, изменяет интенсивность излучения световых потоков, проходимых через него. Этот процесс протекает до тех пор, пока не будет выполнено С (1 s; О

и.

Фотоприемная матрица 12 соединена с блоком интегрирования 13, на выходах которого с учетом практической инвариантности управляющего напряжения

и V (t), а также

и

iinp

к различнь1м видам преобразования изложенным выше, окончательно получим:

ЗСпдсй))

20

I,

(t-mA-c)cos

Jv(t)V

N

mn

где i - постоянная времени блока и тегрирования. Описанный анализатор спектра обеспечивает высокое быстродействие, являясь компактньш и надеж- кь1м устройством.

Формула изобретения

0

Оптико-эдектронный анализатор спектра, содержащий источник постоянного напряжения, секционированную лини1о задержки, вход которой является входом

5 анализатора, а выходы соединены с соответствующими преобраз.ователями эдектричёского сигнала в световой поток, выходы которых оптически связаны с соответствующими световодами первой . группы, BTopyto группу световодов, оптически соединенную через коллиматср с амплитудга)1м модулятором света, маррйцу фотоприемников, выходы которых соединень с соответствующими входаьли блока интеграторов, зеркало, размеще ное на пути отдельного оптического луча перед Матрицей фотоприемников, оптически связанное со входом допопнинтельного фотоприемника, выход которого подключен к первому входу усилите ля, выход .которого подключен к элект рическому входу амплитудного модулятора, о т Л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения быстродействия опт ко-эяектронного анализатора спектра,в него введены обратный коллиматор, размещенный между амплитудным модулятором света и матрицей фотоприемников.

дополнйтелЬШй преобразователь эпектрйт ческого сигнала в световой поток, подключенный к выходу источника постоян.ного напряжения и устаноаленйый перед коллиматором, и матричный транспарант, СгроЧцые ячейки которого размещены , напротив оптй ческих выходов световодов; первой группы, а ячейки стютбцов - напротив оптических входов световодов

8

второй группы, второй вход усилителя соединен, со входом анализатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США № 3355579, МКИ 235-181, 1976.

2.Авторское свидетельство СССР №557669, кл. G06 G 9/00, 1976.